异常磁矩

✍ dations ◷ 2025-11-24 13:38:01 #异常磁矩

在量子电动力学中，一个粒子的异常磁矩（英语：anomalous magnetic moment）就是除去该粒子的磁矩（又称磁偶极矩，用于量度磁源的强度）之外，从量子力学而来的额外影响，一般由带圈的费曼图贡献。对应树状费曼图的“狄拉克”磁矩（一般被视为经典结果）可由狄拉克方程求得。一般以g因子（英语：g-factor (physics)）表示；狄拉克方程预测g=2。就例如电子的粒子而言，其观测值与经典结果相差约千分之几。这个差就是异常磁矩，以a表示，其定义如下：异常磁矩的单循环修正对应最早且最大的量子力学修正，而电子的异常磁矩单循环修正可由右图顶点函数（英语：Vertex function）的计算所得。这个计算还是相对地直接的，单循环结果为：其中α为精细结构常数。这个结果最早由朱利安·施温格于1948年得出，而这个数也被铭刻在他的墓碑之上。电子异常磁矩的量子电动力学公式系数的计算到2009年已经用到α4，而且已知解析值已逹到α3。量子电动力学的预测值与实验观测值在超过10位有效数字时仍然一致，因此电子异常磁矩是物理学史上确认准确性最高的常数。现时的实验与误差为：根据以上的数值，a的已知准确度大概为十亿分之一（10-9）。要达到这样的准确度，量度g时的准确度需达千亿分之一（10-12）。μ子的异常磁矩计算方式与电子的相近，它的量度可以作为标准模型的精密试验。μ子的异常磁矩预测值包含三个部分：首两个部分分别代表电子和光子循环，以及W及Z玻色子循环，而它们可以通过第一原理的计算准确地得知。第三部分代表强子循环，而这部分不能单独通过理论来准确得知。它需要使用通过量度电子─反电子（e+e-）碰撞时重子转化成μ子所得的实验比值（R（英语：R (cross section ratio)））来估算。实验值与标准模型预测值的不确定度在2006年时超过标准差的3.6倍，意味着超越标准模型的物理学可能对此有所影响（或是理论／实验误差并不是完全受到控制）。这是标准模型与实验间其中一项由来已久的差异。布鲁克黑文国家实验室的E831实验研究μ子与反μ子在不变外加磁场下的进动，实验中粒子环绕密闭的贮存环运动。E821实验对外公布的平均值为其中第一个误差是统计误差，第二个是系统误差。费米国立加速器实验室有一项新的实验，叫“μ子g-2”，他们计划使用E821实验用的磁铁来改进这个数值的准确度。预计会在2016年开始收集数据，同时亦预计运行数年后所得的实验准确值将会为现时的4倍。复合粒子的异常磁矩通常都相当大。由夸克组成且带电荷的质子如此，而带中性电荷的中子也是如此。

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